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WDMダイバーシティ伝送システムおよび方法 NEW

国内特許コード P170014698
整理番号 OU-0299
掲載日 2017年12月7日
出願番号 特願2015-165043
公開番号 特開2017-046062
出願日 平成27年8月24日(2015.8.24)
公開日 平成29年3月2日(2017.3.2)
発明者
  • 古賀 正文
出願人
  • 国立大学法人 大分大学
発明の名称 WDMダイバーシティ伝送システムおよび方法 NEW
発明の概要 【課題】マルチコア光ファイバを用いたWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、光非線形過程によって発生する雑音およびSNR低下を抑制する。
【解決手段】光送信器は、複数の波長の搬送波光をそれぞれ送信データで変調した複数の波長の信号光を波長多重したWDM光と、各波長の信号光の位相共役光を波長多重した位相共役WDM光とを生成し、複数の光ファイバ伝送路の各光ファイバ伝送路へそれぞれ送出するWDM光・位相共役WDM光送信器であり、光受信器は、複数の光ファイバ伝送路を介して伝送されたWDM光および位相共役WDM光を入力し、ダイバーシティ伝送した各波長の信号光を最大光合成受信する構成であり、複数の光ファイバ伝送路は、波長分散値が4光波混合光による干渉性高度雑音の影響が顕在化しない程度に抑えられた光ファイバ伝送路を用いて構成される。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


マルチコア光ファイバを用いた光ダイバーシティ伝送により、大容量かつ長距離伝送を可能にするダイバーシティ伝送システムが提案されている(特許文献1)。ここで、マルチコア光ファイバは、1本の光ファイバにおける芯線径は変更せず複数のコアを構成するものであり、例えばクラッド径 125μmにコア径9μmの7個のコアをコア間隔40μmで三角配置して構成される。



非結合型マルチコア光ファイバでは、コア数がNまで増加できたとすると、1本の光ファイバによって伝送容量がN倍まで増加可能である。既存光ファイバでは、伝送距離1000kmに対して 100Tbit/s 程度が限界になるが、マルチコア光ファイバを用いれば、同条件にてN× 100Tbit/s となる。ただし、コア間結合をゼロにできないので、マルチコア光ファイバでは、N芯線ケーブルに比較すると伝送容量が劣ることが予想される。



一方、通信の基本性能指標である光SNRに関しては、伝送容量の飛躍ほど高まってはいないが、直交位相による変調は符号の多値化を可能にして光周波数利用効率(SE)を飛躍的に高めた。2007年に実用化されたRZ-DQPSK方式40Gbit/s DWDM伝送システムのSEは0.4bit/s/Hz であるが、2010年に報告されたSEは5bit/s/Hzを超えている。デジタルコヒーレント受信技術は、光キャリア周波数の不安定性を高速デジタル信号処理(HS-DSP)技術によって補う技術と捉えることができる。



図5は、従来のダイバーシティ伝送システムの構成例を示す(特許文献1)。
図5において、光送信器100の半導体レーザ(LD)のような光源101から出力される搬送波光(波長λ)を光変調器102で送信データにより変調し、出力される信号光をカプラ103で複数Nに分割する。N分割された信号光は、マルチコア光ファイバ(MCF)300のそれぞれのコアへ結合させる。各コアを伝搬した信号光は、デジタルコヒーレント受信器200に入力してコヒーレント検波し、ダイバーシティ合成(最大比合成)処理される。ここで、マルチコア光ファイバ300では、各コアを伝搬した信号光間の位相揺らぎが均一であるので、相互位相を揃えることが可能である。



このような光ダイバーシティ伝送および最大比合成技術を用いれば、一般には分割前の信号電力によって伝送したSNRまで回復できる。例えば、分割前の信号電力がP0 であるとき、2伝送路に信号電力を分割してP0/2で伝送し、Gaussian白色雑音N1,2 が個々の伝送路で付与され、その後に最大比合成されるダイバーシティ伝送系では、SNR=P0/(N1+N2)を得ることができる。すなわち、3dBの回復が見込める。



ただし、最大比合成理論は、線形伝送路であるときに成立する。信号伝搬に際して非線形現象が介在し、雑音が白色雑音としての特性以外の成分を含むとそのままでの適用は困難となり、上記のSNRの達成が困難となる。



また、非線形伝送路では、非線形過程で相関雑音成分が発生し、最大比合成後に3dBの回復に到達しないことが知られている。非線形過程で発生した雑音は空間相関を示し、最大比合成条件である雑音は互いに無相関という条件を満足せず、一部相関を有する(非特許文献1)。したがって、2経路で3dBの復元を行うには、図5に示すダイバーシティ伝送システムの構成では不十分であり、新たに位相共役光を用いるダイバーシティ伝送システムが提案されている(非特許文献2)。



図6は、位相共役光を用いるダイバーシティ伝送システムの構成例を示す。
図6において、光送信器110の光源111から出力される搬送波光(波長λ)を光変調器112で送信データにより変調し、出力される信号光とポンプ光(波長λp )を位相共役光生成部113に入力する。位相共役光生成部113は、ポンプ光波長λp に対して信号光波長λと対称の波長λ' に位相共役光を発生させる。信号光S(λ)および位相共役光S*(λ')は、光分波器(OBPF)114で分波されてマルチコア光ファイバ300の2つのコアへ結合させる。各コアを伝搬した信号光S(λ)および位相共役光S*(λ')は、デジタルコヒーレント受信器210に入力してコヒーレント検波し、最大比合成処理される。



このような位相共役光を用いてダイバーシティ伝送を行うことにより、相関雑音成分を効果的に相殺することが可能になっている。

産業上の利用分野


本発明は、マルチコア光ファイバを用いた光ダイバーシティ伝送と、WDM(Wavelength Division Multiplexing)伝送を組み合わせて、大容量かつ長距離伝送を可能とするWDMダイバーシティ伝送システムおよび方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
光送信器と光受信器との間で、複数の光ファイバ伝送路を介してWDM光をダイバーシティ伝送し、光受信器で最大比合成するWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、
前記光送信器は、複数の波長の搬送波光をそれぞれ送信データで変調した複数の波長の信号光を波長多重した前記WDM光と、各波長の信号光の位相共役光を波長多重した位相共役WDM光とを生成し、前記複数の光ファイバ伝送路の各光ファイバ伝送路へそれぞれ送出するWDM光・位相共役WDM光送信器であり、
前記光受信器は、前記複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された前記WDM光および前記位相共役WDM光を入力し、ダイバーシティ伝送した各波長の信号光を最大光合成受信する構成であり、
前記複数の光ファイバ伝送路は、波長分散値が4光波混合光による干渉性高度雑音の影響が顕在化しない程度に抑えられた光ファイバ伝送路を用いて構成される
ことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送システム。

【請求項2】
請求項1に記載のWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、
前記WDM光・位相共役WDM光送信器は、
複数の波長の搬送波光をそれぞれ送信データで変調した信号光を合波して前記WDM光として出力するWDM光生成部と、
前記WDM光と、所定の波長のポンプ光を入力し、前記WDM光の各波長と対称の波長に前記位相共役WDM光を発生させる位相共役光生成部と、
前記WDM光と前記位相共役WDM光を前記複数の光ファイバ伝送路の異なる光ファイバ伝送路に結合する手段と
を備えたことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送システム。

【請求項3】
請求項2に記載のWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、
前記位相共役光生成部は、4光波混合光発生過程によって前記位相共役WDM光を発生させる高非線形媒質を用いた光回路である
ことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送システム。

【請求項4】
請求項1に記載のWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、
前記WDM光・位相共役WDM光送信器は、
複数の波長の搬送波光の直交位相成分をそれぞれ送信データで変調した信号光を出力する第1の光変調器と、
前記複数の波長の搬送波光をそれぞれ入力し、虚軸搬送波成分に対して符号論理反転した送信データで変調して位相共役光を出力する第2の光変調器と、
前記第1の光変調器から出力される各波長の信号光を合波して前記WDM光を生成し、前記第2の光変調器から出力される各波長の位相共役光を合波して前記位相共役WDM光を生成し、それぞれ前記複数の光ファイバ伝送路の異なる光ファイバ伝送路に結合する手段と
を備えたことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送システム。

【請求項5】
請求項1,2,4のいずれかに記載のWDMダイバーシティ伝送システムにおいて、
前記複数の光ファイバ伝送路は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ伝送路であり、複数のコアで前記WDM光および前記位相共役WDM光をそれぞれ伝送する構成である
ことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送システム。

【請求項6】
光送信器と光受信器との間で、複数の光ファイバ伝送路を介してWDM光をダイバーシティ伝送し、光受信器で最大比合成するWDMダイバーシティ伝送方法において、
前記複数の光ファイバ伝送路は、波長分散値が4光波混合光による干渉性高度雑音の影響が顕在化しない程度に抑えられた光ファイバ伝送路を用い、
前記光送信器は、複数の波長の搬送波光をそれぞれ送信データで変調した複数の波長の信号光を波長多重した前記WDM光と、各波長の信号光の位相共役光を波長多重した位相共役WDM光とを生成し、前記複数の光ファイバ伝送路の各光ファイバ伝送路へそれぞれ送出し、
前記光受信器は、前記複数の光ファイバ伝送路を介して伝送された前記WDM光および前記位相共役WDM光を入力し、ダイバーシティ伝送した各波長の信号光を最大光合成受信する
ことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送方法。

【請求項7】
請求項6に記載のWDMダイバーシティ伝送方法において、
前記複数の光ファイバ伝送路は、複数のコアを有するマルチコア光ファイバ伝送路であり、複数のコアで前記WDM光および前記位相共役WDM光をそれぞれ伝送する
ことを特徴とするWDMダイバーシティ伝送方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
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出願権利状態 公開
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